“石油+”学科交叉领域 天然气水合物宽频电法检测研究取得系列新进展

近日，控制科学与工程学院油气测控技术学术团队成员邢兰昌、王斌副教授在石油天然气与地球科学领域权威期刊“Journal of Petroleum Science and Engineering”（JPSE）, “Journal of Natural Gas Science and Engineering”（JNGSE）和“IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing”（IEEE TGRS）发表系列研究成果，报道了研究团队在检测与控制、石油与天然气工程以及地球科学等学科交叉领域所开展的天然气水合物宽频电法检测理论与技术研究的最新进展。上述期刊中，JPSE、JNGSE和IEEE TGRS均为JCR Q1期刊，JPSE和IEEE TGRS为中科院分区二区Top期刊（2020最新版），两者分别在石油工程领域、地球化学/地球物理领域位列第一和第五（数据来源于Web of Science）。 

图1 有限元数值模型

图2 低频复电导率水合物饱和度模型                                图3 高频介电常数测量数据与模型 

“基于多孔介质复电导率的水合物饱和度评价实验研究”（Experimental study on hydrate saturation evaluation based on complex electrical conductivity of porous media）发表于JPSE。在自主研制天然气水合物低频复电导率测试系统的基础上，实时准确地获取了大量的水合物生成/分解过程的实验测试数据，结合复电导率频散理论对实验数据进行了分析，刻画了含水合物多孔介质的低频复电导率特性，并进一步建立了基于多相孔隙介质导电、低频电极化和数据融合机制的三类水合物饱和度评价模型。论文作者来自我校控制科学与工程学院、地球科学与技术学院、中石油勘探开发研究院以及英国Cranfield大学。邢兰昌副教授为论文第一作者和通讯作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位。

“含水合物多孔介质复电导率特性数值模拟研究”（Numerical study on complex conductivity characteristics of hydrate-bearing porous media）发表于JNGSE。首先基于有限元方法建立了计算含水合物多孔介质复电导率响应的孔隙尺度数值模型；然后分析了水合物饱和度、孔隙水盐度和水合物孔隙尺度微观分布模式对多孔介质复电导率参数的影响规律，并建立了复电导率参数与水合物饱和度之间的定量关系式。论文作者来自我校控制科学与工程学院、地球科学与技术学院、中石油勘探开发研究院、英国Cranfield大学和英国Huddersfield大学。邢兰昌副教授为论文第一作者和通讯作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位。

“含水合物松散多孔介质的介电混合模型”（Integrated Dielectric Model for Unconsolidated Porous Media Containing Hydrate）发表于IEEE TGRS。首先通过监测模拟储层中水合物生成分解过程伴随的介电谱变化，发现储层中水合物具有介电指纹特征；然后提出相应介电体积混合模型，在水合物储层的微观赋存与宏观介电频散间建立理论关联。论文作者来自我校控制科学与工程学院、地球科学与技术学院和英国Cranfield大学，王斌副教授为论文第一作者和通讯作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位。

天然气水合物（可燃冰）是一种潜在的新型能量资源，具有储量大、能量密度高、清洁无污染等特点，其勘探与开发受到世界各国的高度重视。我国已成功实施两轮海域天然气水合物试采，实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越，在产业化进程中取得了重大标志性成果。天然气水合物储层的物性特征刻画、储集参数评价以及动态监测是水合物勘探与开发技术研究中的关键问题。团队聚焦于天然气水合物储层的电法检测/监测相关理论与技术，自主研制了多套天然气水合物实验测试系统、创建了多物理场耦合数值模拟仿真平台，系统地研究了含水合物多孔介质（模拟海底沉积物）在mHz至GHz宽频段范围内的电学特性，构建了以低频电化学极化、中频界面极化、高频分子极化机制为理论基础的储集参数反演模型，将为我国天然气水合物电法勘探和测井资料解释、储层定量评价以及水合物试采/开采过程中储层状态动态监测提供理论和技术参考。

团队依托我校2020年实施的中国石油天然气股份有限公司重大科技项目“石油+”学科交叉专项完成了上述系列研究工作。前期相关研究工作也得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中国石油科技创新基金、山东省重点研发计划、青岛市科技计划、校自主创新科研计划、自然资源部天然气水合物重点实验室开放基金等项目的资助，取得的相关成果已发表研究论文40余篇、授权美国专利1项、中国发明专利9项，培养研究生20余名（其中1人获得英国Cranfield大学博士全额奖学金入学资格）。

论文链接：

◇ https://authors.elsevier.com/tracking/article/details.do?aid=109539&jid=PETROL&surname=Xing

◇ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875510021003462

◇ https://ieeexplore.ieee.org/document/9178998